今天，我們學(xué)習(xí)一下運(yùn)放的幾個(gè)參數(shù)分析。

一、輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓定義：在室溫25℃及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為0時(shí)，為使輸出電壓為0，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓。

在理想的情況下，一般認(rèn)為當(dāng)運(yùn)放的兩個(gè)輸入端輸入相同的電壓時(shí)，比如輸入電壓均為0，運(yùn)放的輸出端電壓為0;但實(shí)則不然，因?yàn)閷?shí)際上它的差分輸入級(jí)很難做到完全對(duì)稱(chēng)，常在輸入電壓為0時(shí)，存在一定的輸出電壓，大概幾個(gè)微伏或者幾個(gè)毫伏，不同運(yùn)放的性能不同，輸入失調(diào)電壓也不一樣。

下圖是LMV358運(yùn)放失調(diào)電壓的測(cè)試：

因?yàn)檫\(yùn)放的失調(diào)電壓通常比較小，所以我們接了一個(gè)比較大反饋電壓，放大倍數(shù)為1001倍。因?yàn)槲覀兛梢钥吹?，在運(yùn)放的負(fù)輸入端，電壓為4.83mV，因此LMV358所測(cè)是的失調(diào)電壓為4.83mV。

接下來(lái)，看一下LMV358數(shù)據(jù)手冊(cè)：

典型的失調(diào)電壓為0.5mV，最大是±5mV，我們測(cè)試結(jié)果還在范圍內(nèi)，但是已經(jīng)比較大了。所以，大家在選擇芯片時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓，避免誤差造成的影響。

下圖是OPA2350輸入失調(diào)電壓仿真：

從圖中可以看出，OPA2350作為高精度運(yùn)放，它的輸入失調(diào)電壓很小。

二、輸入失調(diào)電流

由于輸入失調(diào)電流會(huì)造成輸入失調(diào)電壓變大，因此反饋電阻要小一點(diǎn)，避免反饋電阻過(guò)大引起測(cè)得的失調(diào)電壓偏大。

此外，失調(diào)電壓是直流量。

運(yùn)放的輸入一般是基于三極管或者FET結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)尾式差分輸入，對(duì)于BJT來(lái)說(shuō)，由于三極管工作在放大區(qū)是需要提供一定的偏置電流的，因此需要提供輸入電流，一般有nA到uA級(jí)別;

對(duì)于FET來(lái)說(shuō)，由于場(chǎng)效應(yīng)管本身是壓控型器件，可還是存在一定的漏電流，不過(guò)電流非常小，一般是fA或者pA級(jí)別。但有時(shí)候?yàn)榱?a target="_blank">ESD，還會(huì)增加鉗位二極管，從而更加增大了這個(gè)漏電流大小。

測(cè)試運(yùn)放的失調(diào)電流時(shí)，要減少輸入失調(diào)電壓對(duì)它的影響，因此要將運(yùn)放的增益變得很小。這里我們選擇的電阻為R2為1G歐姆，R3為1M歐姆，這樣運(yùn)放輸出增益就接近1/1000倍，對(duì)失調(diào)電流產(chǎn)生的影響就很小。

下圖為L(zhǎng)MV358的失調(diào)電流，為-5.63pa。

這與數(shù)據(jù)手冊(cè)中所說(shuō)的10pa接近。

不同的運(yùn)放，輸入失調(diào)電流也不一樣。高精度的運(yùn)放，輸入失調(diào)電流很小，如下圖所示：

其他電路形式相同，我們只更換了運(yùn)放型號(hào)，將LMV358改為OPA2350高精度運(yùn)放，再看OPA2350的輸入失調(diào)電壓為1.3nA。

三、失調(diào)電壓補(bǔ)償

因?yàn)檫\(yùn)放的不對(duì)稱(chēng)性，在輸入端電壓都為0時(shí)，運(yùn)放輸出還有微小的電壓，在很多精密運(yùn)放中，為了使輸入端電壓相等時(shí)，輸出電壓為0，通過(guò)調(diào)整輸入端加一個(gè)微小的電壓，使運(yùn)放輸出端電壓為0，這個(gè)微小的電壓叫做失調(diào)電壓補(bǔ)償。

1、如果我們的同相端作為信號(hào)輸入，那么我們反向端進(jìn)行失調(diào)電壓補(bǔ)償，我們需要雙電源，正負(fù)兩個(gè)方向進(jìn)行補(bǔ)償，雙電源制作方法，正電源就是將電源的負(fù)極和大地連在一起，那么正極就是相對(duì)于大地電壓為正的電壓，負(fù)電源就是將電源的正極與大地連在一起，那么電源的負(fù)極端就是負(fù)電壓。

2、補(bǔ)償電阻要盡可能大，100K歐姆以上，盡量減少對(duì)原放大電路精度的影響。

3、補(bǔ)償電源可以采用串聯(lián)分壓，提高補(bǔ)償精度。

運(yùn)放我們采用LF353，這是一個(gè)雙電源供電的運(yùn)放，單電源供電的沒(méi)有辦法進(jìn)行負(fù)電源補(bǔ)償。

運(yùn)放正電壓為5V，負(fù)電壓為-5V。

此時(shí)我們看到，當(dāng)兩端輸入電壓相等均為0時(shí)，輸出電壓是1.89mv。

現(xiàn)在我們做輸入電壓補(bǔ)償：

通過(guò)電壓補(bǔ)償，我們看到輸出電壓已經(jīng)減小到9uv了，還是有效果的，可以更好的減小誤差。

四、輸入電壓范圍

1、一般指輸入共模電壓范圍,即兩個(gè)輸入端處可允許接入的電壓范圍;

2、反相放人器由于虛地,共模電壓為0，所以不受輸入信號(hào)幅值的限制;

3、以基本的差分放大電路為例,避免輸出電壓范圍的影響;

4、超出輸人范圍后，可能會(huì)出現(xiàn)相位翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象;

5、rail-to-rai特性的運(yùn)放(如OPA2350)可以輸入稍微超過(guò)電源軌的電壓。

它的工作電壓范圍為2.7V至5V，我們采用5V電壓作為工作電壓供電。

這里的最小工作電壓低于工作電壓范圍最小值，我們?cè)贠PA2350的數(shù)據(jù)手冊(cè)中也找到了解釋。OPA350系列運(yùn)算放大器的完整額定參數(shù)為2.7V至5.5V，實(shí)際的電源電壓可以介于2.5V至5.5V之間。

五、輸出電壓范圍

我們把運(yùn)放做成一個(gè)電壓跟隨器，我們信號(hào)輸入范圍為0~5V，輸出電壓能夠正常跟隨。

現(xiàn)在，我們把輸入電壓改為-0.1V至5.6V之間，現(xiàn)象如下：

運(yùn)放的輸出已經(jīng)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，當(dāng)輸入電壓大于工作電壓時(shí)，運(yùn)放輸出最大電壓出現(xiàn)削頂，最大輸出電壓為4.96，最小輸出電壓為100mV左右。

有的運(yùn)放超出最大輸入電壓時(shí)，他會(huì)出現(xiàn)輸出反向的現(xiàn)象。

六、壓擺率

運(yùn)放的壓擺率(SR)，是指輸入為階躍信號(hào)時(shí)，閉環(huán)放大器的輸出電壓時(shí)間變化率的平均值，是指單位時(shí)間(一般用微秒)器件輸出電壓值的可改變的范圍。

OPA2350的壓擺率，是在增益為1的情況下測(cè)量的。為了避免增益帶來(lái)的干擾，減少帶寬的影響，我們還是用電壓跟隨器來(lái)做，并且輸入電壓不能超過(guò)它的輸入電壓范圍。

通過(guò)仿真，輸入為三角波，電壓范圍為0至1V。我們可以看出，在輸入頻率為1Mhz時(shí)，輸入電壓波形和輸出電壓波形幾乎重合，輸出電壓是跟隨輸入電壓變化的。

我們使輸入信號(hào)的頻率不變，更改一下信號(hào)的幅值，將輸入信號(hào)的幅值改為0至5V,我們可以看到，輸出電壓的波形已經(jīng)和輸出電壓波形有了相位偏移，說(shuō)明輸出電壓變化已經(jīng)跟不上輸入電壓信號(hào)的變化。

接下來(lái)，我們計(jì)算一下它的壓擺率。

SR=(用通道B的T1時(shí)刻電壓-通道B的T2時(shí)刻電壓)/(T2-T1)=17.24V左右，與數(shù)據(jù)手冊(cè)所給的20接近。

我們選擇運(yùn)放壓擺率的經(jīng)驗(yàn)公式為SR=2*π*f*Vpk，其中f為運(yùn)放輸入信號(hào)的頻率，Vpk是輸入的幅值電壓，比如輸入信號(hào)頻率為100khz，Vpk為5，可以計(jì)算得出：

SR=2*3.14*10*1000*5=3140000V/s=3.14V/us，OPA2350為22V/us是滿(mǎn)足條件的。

而像LMV358這種普通運(yùn)放，壓擺率為0.6V/us，則滿(mǎn)足不了我們的設(shè)計(jì)要求。

七、增益帶寬積

OPA2350的增益帶寬積為38MHZ，是在增益G=1的條件下測(cè)試的，衰減為-3db。

仿真如下所示：

頻率為38MHz，輸入信號(hào)為0至2V，電路采用的是電壓跟隨器方式，紅色為信號(hào)發(fā)生器輸入電壓，紫色為運(yùn)放輸出電壓，可以明顯看出，運(yùn)放的輸出波形滯后于信號(hào)發(fā)生器的輸入波形，且輸出幅度有衰減。

由此可以計(jì)算一下，輸出的最大電壓為1.203V，與我們的輸入最大電壓相比，1.2/2=60%，衰減為40%，與理論給的30%接近，所以運(yùn)放數(shù)據(jù)手冊(cè)所給出的增益帶寬積是在增益G=1，衰減為30%信號(hào)幅值條件下給出的。

如果我們?cè)龃笤鲆?，?huì)提前出現(xiàn)30%的衰減現(xiàn)象。所以在選擇運(yùn)放的時(shí)候，運(yùn)放增益積要大于一個(gè)值，G=K*輸入頻率*增益放大倍數(shù)，k值一般取10。

比如，輸入頻率為10Khz，增益放大倍數(shù)為100，那么所需要的運(yùn)放增益帶寬積應(yīng)該為10M。

OPA2350的增益帶寬為38MHZ，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;而像LMV358，它的增益帶寬僅為1Mhz，滿(mǎn)足不了這個(gè)設(shè)計(jì)要求。

八、共模增益

1、使用基本差分成大電路;

2、兩個(gè)輸入端輸入相同的電壓，輸入零差模信號(hào)，觀察輸出信號(hào);

3、注意頻率對(duì)共模增益的嚴(yán)重影響;

下面這張是OPA2350的數(shù)據(jù)手冊(cè)里面的共模抑制比數(shù)據(jù)圖：

在直流或者低頻信號(hào)的時(shí)候，它的共模抑制比很大，隨之頻率增加，共模抑制比迅速減小。

這里輸入電壓范圍為0至2V，一開(kāi)始設(shè)置頻率為1MHz，將示波器改為交流耦合，來(lái)測(cè)輸入相同電壓時(shí)運(yùn)放的輸出波形。

幅值為16uV左右，數(shù)據(jù)手冊(cè)表明，隨著輸入信號(hào)頻率的增加，共模抑制比減小(共模抑制比=輸入的共模電壓/運(yùn)放輸出電壓)。

現(xiàn)在我們?cè)龃筝斎胄盘?hào)的頻率，改為5Mhz，然后再來(lái)看一下輸出波形，幅值變?yōu)?3uV左右。

此處是我不理解的地方，按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上，輸入信號(hào)的頻率增大時(shí)，共模抑制比應(yīng)該是減小，但我測(cè)得輸出卻是增大的……

以上就是運(yùn)放幾個(gè)參數(shù)的分析過(guò)程了，內(nèi)容可能有不對(duì)的地方，希望各位大牛指教，謝謝!

審核編輯：湯梓紅